JPH03252627A

JPH03252627A - 光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JPH03252627A
Application number: JP2049250A
Authority: JP
Inventors: Shinya Inagaki; 真也稲垣; Sakae Yoshizawa; 吉澤　栄
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1991-11-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】概要希土類元素をドープしたドープファイバに信号光とポン
ピング光（励起光）を入射することにより、信号光を直
接増幅する光ファイバ増幅器に関し、部品点数を削減した簡単な構成で波長多重信号光を直接
増幅することのできる光ファイバ増幅器を提供すること
を目的とし、希土類元素をドープしたドープファイバにポンピング光
を入射するとともに信号光を入射し、信号光を直接増幅
する光ファイバ増幅器において、第１の波長の光を増幅
する第１ドープファイバと第２の波長の光を増幅する第
２ドープファイバを直列に接続し、第１ドープファイバ
に第１ポンピング光を入射する第１ポンピング光源と、
第２ドープファイバに第２ポンピング光を入射する第２
ポンピング光源を設けて構成する。

産業上の利用分野本発明は希土類元素をドープしたドープファイバに信号
光とポンピング光（励起光）を入射することにより、信
号光を直接増幅する光ファイバ増幅器に関する。

現在実用化されている光ファイバ通信システムにおいて
は、光ファイバの損失による光信号の減衰を補償するた
めに、一定距離毎に中継器を挿入している。中継器では
、光信号をフォトダイオードにより電気信号に変換して
、電子増幅器により信号を増幅した後、半導体レーザ等
により光信号に変換し、光ファイバ伝送路に再び送り出
すという構成を取っている。もし、この光信号を低雑音
で直接光信号のまま増幅することができれば、光中継器
の小型化、経済化を図ることができる。

そこで、光信号を直接増幅できる光増幅器の研究が盛ん
に進められており、研究の対象とされている光増幅器を
大別すると、■希土類元素（Ｅｒ。

Ｎｄ、Ｙｂ等）をドープした光ファイバとポンピング光
を組み合わせたもの、■希土類元素をドープした半導体
レーザによるもの、■光ファイバ中の非線形効果を利用
した誘導ラマン増幅器、誘導ブＩＪ　ＩＪユアン増幅器
の３つがある。

このうち■の希土類元素をドープした光ファイバ（以下
ドープファイバと略称する）とポンピング光を組み合わ
せた光増幅器は、偏波依存性が無いこと、低雑音である
こと、伝送路との結合損失が小さいといった優れた特徴
があり、光ファイバ伝送システムにおける伝送中継距離
の飛躍的増大、光信号の多数への分配を可能にすると期
待されている。

一方、最近になり、光ファイバ通信は普及期を迎え、幹
線系のみならず加入者系にも浸透しつつある。これは、
加入者系において通常の電話サービスの他、データサー
ビス、映像情報サービスく例えばＣＡＴＶ）等、多岐に
わたるサービスの提供が要求されているのに対して、光
ファイバ通信の特長が広帯域化にあり、特に波長多重方
式とした場合に、−本の光ファイバにより複数の情報を
双方向に伝送することができ、上記要求にマツチするか
らである。このような背景に鑑みて、波長多重信号光を
簡単な構成で直接増幅することのできる光ファイバ増幅
器が要望されている。

従来の技術第５図にドープファイバによる光増幅の原理を示ず。２
はコア４及びクラッド６から構成された光ファイバであ
り、コア４中にエルビウム（Ｅｒ）がドープされている
。このようなＥｒドープファイバ２にポンピング光（励
起光）が入射されると、Ｅｒ原子が高いエネルギー準位
に励起される。このように高いエネルギー準位に励起さ
れた光ファイバ２中のＥｒ原子に信号光が入ってくると
、Ｅｒ原子が低いエネルギー準位に遷移するが、このと
き光の誘導放出が生じ、信号光のパワーが光ファイバに
沿って次第に大きくなり信号光の増幅が行われる。

波長多重化された信号光を上述した原理を用いて増幅す
る従来の構成を、第６図に示す。図において、１０は波
長λ、の信号光を増幅する光ファイバ増幅器であり、１
２は波長λ２の信号光を増幅する光ファイバ増幅器であ
る。入射側光ファイバ１４を伝送されてきた波長λ１．
λ２の信号光は分波器１６で分波され、波長λ１の信号
光は光ファイバ１８を介して光ファイバ増幅器１０に入
射され、波長λ２の信号光は光ファイバ２０を介して光
ファイバ増幅器１２に入射される。光ファイバ増幅器１
０に入射された波長λ１の信号光は、合波器２６でポン
ピング光源２４からのポンピング光と合波され、例えば
Ｎｄ　（ネオジウム）をドープしたＮｄドープファイバ
２２で波長λ１の信号光が増幅され、この増幅された信
号光は誘電体多層膜フィルタ２８を介して光ファイバ３
０に出− 射される。フィルタ２８ではポンピング光がカットされ
、増幅された波長λ１　の信号光のみが光ファイバ３０
に出射される。

一方、光ファイバ２０を介して光ファイバ増幅器１２に
入射された波長λ２の信号光は、合波器３６でポンピン
グ光源３４からのポンピング光と合波され、この信号光
は例えばＥｒ（エルビウム）をドープしたＥｒドープフ
ァイバ３２により増幅され、増幅された信号光は誘電体
多層膜フィルタ３８を介して光ファイバ４０に出射され
る。フィルタ３８でポンピング光がカットされ、波長λ
２の信号光のみが光ファイバ４０に出射される。

このように光ファイバ増幅器１０．１２で増幅された波
長λ１及びλ２の信号光は合波器４２で合波されて、出
射側光ファイバ４４に多重化された信号光が出射される
。

発明が解決しようとする課題このように波長多重化された信号光を直接増幅する従来
の光ファイバ増幅器は、分波器により一旦信号光を分波
した後、各々の波長の信号光について光ファイバ増幅器
により増幅し、この増幅された波長の異なる信号光を再
び合波器により合波して出射側光ファイバに伝送するよ
うにしている。

このような構成を取っているため、合波器又は分波器を
合計４個必要とし、部品点数が増えてコスト高になると
いう問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、部品点数を削減した簡単な構成
で波長多重信号光を直接増幅することのできる光ファイ
バ増幅器を提供することである。

課題を解決するための手段本発明では、希土類元素をドープしたドープファイバに
ポンピング光を入射するとともに信号光を入射し、信号
光を直接増幅する光ファイバ増幅器において、第１の波
長の光を増幅する第１ドープファイバと第２の波長の光
を増幅する第２ドープファイバを直列に接続する。そし
て、第１ドープファイバに第１ポンピング光を入射する
第１ポンピング光源と、第２ドープファイバに第２ポン
ピング光を入射する第２ポンピング光源をそれぞれ設け
る。

第１ドープファイバは、例えば１，３μｍ帯の光を増幅
するＮｄをドープしたＮｄドープファイバであり、第２
ドープファイバは１．５５μｍ帯の光を増幅するＥｒを
ドープしたＥｒドープファイバである。

作　　　用第１ドープファイバと第２ドープファイバを直列接続し
、各々のドープファイバで波長の異なる信号光を増幅し
てそのまま出射側に伝送しているため、従来の構成で必
要であった波長の異なる信号光を分離する分波器及び増
幅された後の波長の異なる信号光を合波する合波器を省
略することができる。よって全体として部品点数を削減
することができ、波長多重信号光を直接増幅する光ファ
イバ増幅器を安価に提供することができる。

実　　施　　例以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図を参照すると本発明実施例の概略構成図が示され
ており、ＮｄをドープしたＮｄドープファイバ５０とＥ
ｒをドープしたＥｒドープファイバ５２が直列に接続さ
れている。入射側光ファイバ５４を伝送されてきた波長
λ、＝１．３μｍ及び波長λ２＝１．５５μｍの波長多
重信号光は、合波器５６で例えばＡｒレーザ等の第１ポ
ンピング光源５８から出射され、光ファイバ６０を伝送
されてきた第１ポンピング光５９と合波され、Ｎｄドー
プファイバ５０に入射される。

Ｎｄドープファイバ５０では、第１ポンピング光５９に
よりＮｄ原子が基底状態から高いエネルギー準位に励起
され、波長１．３μｍの信号光が入射することにより高
いエネルギー準位に励起されたＮｄ原子が基底状態に遷
移するが、このとき波長１．３μｍの光の誘導放出が生
じ、波長１゜３μｍの信号光の増幅が行われる。第１ポ
ンピン９− １　〇− グ光５９は後段への悪影響を無くすために、例えば誘電
体多層膜から形成されたバイパスフィルタ７２でカット
される。

波長１．３μｍの信号光のみが増幅された多重信号光は
、光ファイバ６２を介して合波器６４に入射され、この
合波器６４で例えば波長１．４８μｍの光を出射する半
導体レーザ（ＬＤ）等の第２ポンピング光源６６により
出射され、光ファイバ６８を伝送されてきた第２ポンピ
ング光６７と合波され、ＥｒをドープしたＥｒドープフ
ァイバ５２に入射される。Ｅｒドープファイバ５２では
、第２ポンピング光６７が入射されるとＥｒ原子が基底
状態から高いエネルギー準位に励起され、この励起され
たＥｒ原子に波長１．５５μｍの信号光が入ってくると
、Ｅｒ原子が基底レベルに遷移するが、このとき波長１
．５５μｍの光の誘導放出が生じ、波長１．５５μｍの
信号光が増幅される。

このように２段階で増幅された波長多重信号光は、誘電
体多層膜等から形成されたフィルタ７４で第２ポンピン
グ光６７がカットされてから、出射側光ファイバ７０に
より伝送される。フィルタ７４は、波長１．４８μｍの
第２ポンピング光６７をカットし、波長１．３μｍ及び
波長１．５５μｍの信号光を通過させるバンドリジェク
ションフィルタである。

第２図にＥｒドープファイバの吸収損失特性、第３図に
Ｎｄドープファイバの吸収損失特性を示す。第２図から
明らかなように、Ｅｒドープファイバは波長１．３μｍ
帯で吸収損失が起きないので、波長１．３μｍの信号光
がＥｒドープファイバ５２を通過する際に吸収損失によ
り減衰することはない。しかし、第３図から明らかなよ
うに、Ｎｄドープファイバは波長１．５５μｍ帯で吸収
損失が大きくなり、上述した第１図の構成では波長１．
５５μｍの信号光がＮｄドープファイバ５０を通過する
際に吸収されて減衰してしまうことになる。

この欠点を防止しようとしたのが第４図に示す他の実施
例である。この実施例においては、第２ポンピング光６
７を信号光の伝送方向と逆方向に入射させ、第１図の構
成で説明したバンドリジェクションフィルタ７４をＮｄ
ドープファイバ５０の信号光の伝送方向上流側に配置し
ている。他の構成は第１図に示した実施例と同様である
ので、その説明を省略する。

本実施例によると、波長１．４８μｍの第２ポンピング
光６７は、Ｅｒドープファイバ５２を通過した後Ｎｄド
ープファイバ５０に入射される。

すると、基底状態のＮｄ原子が高いエネルギーレベルに
励起されるため、基底状態のＮｄ原子が減少することに
なる。このような状態のところに、波長１．５５μｍの
信号光が入射されると、基底状態のＮｄ原子の数が少な
くなっているので、波長１．５５μｍの信号光の吸収が
それ程起こることがなく、Ｎｄドープファイバ５０内に
おける波長１．５５μｍの信号光の減衰が防止される。

発明の効果本発明の光ファイバ増幅器は以上詳述したように構成し
たので、部品点数を削減した簡単な構成で波長多重信号
光を直接増幅できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明実施例の概略構成図、第２図はＥｒド
ープファイバの吸収損失特性図、第３図はＮｄドープフ
ァイバの吸収損失特性図、第４図は本発明の他の実施例
概略構成図、第５図はドープ光ファイバによる光増幅の
原理を示す模式図、第６図は従来例概略構成図である。０・・・Ｎｄドープファイバ、２・・・Ｅｒドープファイバ、４・・・入射側光ファイバ、６．６４・・・合波器、８・・・第１ポンピングｌｉ、９・・・第１ポンピング光、　３− ４６６・・・第２ポンピング光源、６７・・・第２ポンピング光、７０・・・出射側光ファイバ、７２°°°バイパスフイルタ、７４・・・バンドリジェクションフィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】１、希土類元素をドープしたドープファイバにポンピン
グ光を入射するとともに信号光を入射し、信号光を直接
増幅する光ファイバ増幅器において、第１の波長の光を
増幅する第１ドープファイバ（５０）と第２の波長の光
を増幅する第２ドープファイバ（５２）を直列に接続し
、第１ドープファイバ（５０）に第１ポンピング光（５９
）を入射する第１ポンピング光源（５８）と、第２ドー
プファイバ（５２）に第２ポンピング光（６７）を入射
する第２ポンピング光源（６６）を設けたことを特徴と
する光ファイバ増幅器。２、第１ドープファイバ（５０）は１．３μｍ帯の光を
増幅するＮｄをドープしたＮｄドープファイバであり、
第２ドープファイバ（５２）は１．５５μｍ帯の光を増
幅するＥｒをドープしたＥｒドープファイバであること
を特徴とする請求項１記載の光ファイバ増幅器。３、第２ポンピング光（６７）をＥｒドープファイバ（
５２）に入射させた後、Ｎｄドープファイバ（５０）に
も入射させる構成としたことを特徴とする請求項２記載
の光ファイバ増幅器。